当前世界环境

介绍

土壤是维持生态服务的关键成分，如水的循环，在植物生长和建筑中使用的基础材料的形式中发挥着至关重要的作用，最终维持和支持人类人口。¹此外，土壤还是对人类健康造成潜在威胁的污染物的源和汇。²持续的城市化进程是世界上最普遍的现象^3.结果，城市的土壤增加了。由于人类活动的增加，城市土壤与原始土壤的差异很大，这种现象加速了土壤的压实⁶由于工业和采矿活动，交通和垃圾来自城市居住区。^4、5城市土壤地层表现出物理退化和机械压实的高度多样性特征。

在全球范围内的各种问题中，土壤压实是城市环境中最严重的问题。⁷上述现象可以定义为土体孔隙度和给定质量的减小⁸土壤容重较高。⁹近几十年来，全球许多地区在季风季节都面临着洪水问题，原因是更多的地表封闭，裸露地表的可用性减少，导致土壤压实。⁷压实也带来CO排放的显著变化₂, CH₄和N₂这可能导致全球大气变暖。¹¹当土壤被压实时，由于水分和养分的储存减少，对植物的根系生长产生不利影响。¹⁰此外，由于压实，土壤水分和空气运动受阻，导致土壤水分入渗较少。降雨过程中，土壤水分入渗率降低，导致暴雨水量增加，导致洪水频发，地表水水质较差。

当水通过土壤表面重力向下移动时，这种现象被称为渗透^{12、14、15、16、17、18岁}它发生的速率被称为渗透速率。渗入土壤层的总水有两种命运，即地表径流和地下水补给。¹³渗透特性的研究提供了关于景观水文功能的更好的信息。土壤的入渗特性也有助于找到不同的土壤保持技术、灌溉设计的规划和规模，并有助于识别土壤剖面中水分保持和通气的真实描述。入渗速率的实测水动力是补充其他土壤信息的重要权衡，引起了土壤专家、工程师、水文工作者等对解决水土资源问题的重视。本文工作的目的是估计压实城市土壤的渗透行为及其对土壤物理性质的相对影响。此外，本研究还提高了我们对容重、总孔隙度、有机质、砂、粉、粘含量、坡度、土壤类型和地貌等因素对入渗行为影响的认识。

研究区域

Dhanbad - Jharia乡位于贾坎德邦Dhanbad区南部(图1)，经度85为界⁰15^”E - 86⁰33^”东经和纬度23⁰37^”N 23⁰51^”总面积为230.94公里²．该地区年平均降水量为1300毫米，其中超过85%的降水是在6月至9月期间接收的。研究区经历了夏季、季风和冬季三个明显季节的热带热型气候，最低气温为5⁰C - 8⁰12月至1月的最高气温为42度⁰C 46⁰5月到6月。根据印度2011年的人口普查，这个镇共有11 62472人，分55个区。达摩达河(River Damodar)流在城镇的南部，这标志着自然边界。该地区的地质特征从太古代到近代各不相同。在底部太古宙地层上覆盖着Talchir地层，然后是Barakar地层，在顶部是Barren Measures地层。研究区太古宙形成包括乔坦那普尔花岗岩和片麻岩变质岩类型。其余地层主要由冈瓦纳超群沉积岩组成。在所有地层中，Barakars组由于存在大量厚、优质煤层，在经济上是最重要的。

温度和降雨量的大变化和干湿交替导致了该地区红土类型的形成。因为土壤在自然界中很少以单一组分单独存在，而通常是由不同维度的组成颗粒的不同比例组成的混合物。研究区大部分为壤土(图2)，砂壤土的区别比较稀疏。这个半干旱地区最重要的地方是它的位置，因为它非常接近Jharia煤田，那里有煤，而且持续的开采和它的相关活动正在进行。因此，本研究可作为采矿和人类活动对土壤扰动的指示。进一步将研究区地貌划分为3个不同的地貌单元:山麓平原、剖开山麓和起伏高地，如图3所示。山前平原是由许多山前平原和准平原组合而成的平坦岩石表面，地势起伏适中，覆盖了镇区的大部分地区。起伏的高地是由中到高的陡坡识别，产生高流量，由埋藏的山麓和山间山谷组成。解剖山墙的特点是孤立的山脊、岩山和突兀从附近的平面或平缓的坡地而起，有贫瘠的土地。

图1 点击这里查看图

图2:不同的土壤单位 丹巴德-贾里亚镇地区 点击这里查看图

图3:不同的地貌单元 在Dhanbad - Jharia镇地区 点击这里查看图

材料和方法

内径为30厘米，外径为60厘米的双环渗透计，按照Dakshinamurthi和Gupta(1968)所描述的程序，用于测定渗透率。¹⁹两个环都被打入地面至少5厘米，以避免水平泄漏。在内环灌满水之前，将外圈浸湿5分钟。外圈的重要性在于保证内圈内的水只在垂直方向上运动。实验以5、5、10、10、15、15、30、30分钟为间隔，持续进行，直到达到稳定状态(至少90 ~ 120分钟)。2014年6月在16个选定地点进行了抽样。除此之外，抽样地点是随机的，以避免任何结果的偏差。容重岩心和表层土壤样品也尽可能靠近渗入器环采集。在铁芯的帮助下。采集16个土壤样本(0-15cm深度)，放入塑料覆盖层。之后，所有的样本都被带到实验室，干燥，粉碎，筛选，然后分析。

容重由长15 × 7 cm的土芯法估算。首先根据Walkley和Blake的方法确定有机碳后，用1.724的转换系数计算有机物。²¹采用土壤比重计的方法进行质地分析。利用孔隙度与容重的关系确定孔隙度。

这里，粒子密度是通过Keen Box分析的。²²分析数据的平均值如表1所示。

在过去十年中，遥感和地理信息系统工具被广泛用于收集和处理若干领域的空间数据，包括工程、地质和环境领域。利用arcgis -10软件编制土壤、地貌、土壤入渗能力图等各类专题图。本地形图(比例尺1:500)已数码化，用作基础地图。并对最终入渗速率(Ks)进行了分类^23日,7如极慢(当Ks小于1或1毫米/小时)，慢(Ks = 1-5毫米/小时)，慢到中等(Ks = 5-20毫米/小时)和中等(Ks = 20- 63毫米/小时)。通过相关分析和回归分析对数据进行统计分析，估计入渗速率与分析土壤参数之间的关系。

表1:Dhanbad Jharia镇区不同地点土壤的理化性质。

结果与讨论

Dhanbad - Jharia镇区稳态入渗速率的时空变化如图- 4所示。它的值从4.5到29.7不等(平均13.07±6.7),属于类慢(k = 1 - 5毫米/小时),缓慢中(Ks = 5 - 20毫米/小时)和介质(Ks = 20 - 63毫米/小时)慢6.25%,12.5%中,81.25%缓慢介质如fig. - 5所示。其他土壤参数的平均值见表- 1。

图4:稳态渗透的空间变化 在Dhanbad - Jharia镇地区 点击这里查看图

图5:不同类型的入渗率的频率分布 点击这里查看图

表2:选定土壤理化参数与最终入渗速率的相关与回归分析

最低的是位于被切割的山形地貌单元下的布达遗址，为坡面地形，产流量大，入渗少。此外，该地区的土壤单元受到车辆、行人和建筑活动的干扰和压实。因此，粘土含量和密实度增加，而孔隙空间减少，造成土壤层渗透性降低。最高的数值发现在Basjora遗址，该遗址位于坡面地貌单元之下，其特征是表面平坦，允许更多的水渗入。此外，在这个地点，土壤中的砂粒含量和有机质也会增加，可能会从固体废物、超载倾倒和附近地区的采矿活动中得到补充。因为土壤质地和结构对入渗速率有显著影响²⁴由于土地利用方式的改变、机械压实和开采以及邻近Jharia煤田的矿井火灾问题，整个研究区都发生了改变。最终入渗速率的变化还与堆积密度(1.24 -1.60 g/cm)等因素有关^3.)、总孔隙度(30.1 - 44.5%)、有机质(0.74 - 1.67%)、砂(37.7 - 61%)、粉砂(29.6 - 48.4%)和粘土(7.8 - 16%)含量。孔隙度和含沙量与入渗速率有密切关系。孔隙度和含沙量越高，土壤密度越小，入渗速率越高。土壤剖面有机质含量越高，入渗速率越高，粘土、粉土和容重则相反。此外，该地区的天然土壤基本为细壤土，可能会在表层出现裂缝，这可能会提高最终入渗速率。变量之间的显著关系也可以通过表2中因变量与自变量的相关分析和回归分析来解释。总孔隙度、砂土、有机质的相关系数分别为0.818、0.811、0.573。容重与粉土、粘土呈负相关(r = - 0.627、-0.693、- 0.444)。

综上所述，研究区渗透速率分为慢级、慢至中级和中级。这种变化主要是由于土壤压实度、容重、有机质、总孔隙度、砂、粉、粘含量、土壤结构和质地的改变以及土地利用方式的改变。因此，建议采用机械松动法修正土壤压实，减少步行和车辆流量，涉及治理管理，增加绿地和植被覆盖。

承认

作者真诚地感谢印度HOD/ESE, ISM Dhanbad的道义支持和建议。其中一位作者(Ritu Ranjan Sinha)也感谢主编和审稿人提供的宝贵意见，以提高手稿的质量。

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